1 Основные принципы и задачи методов медико-биологических исследований
Задачи изучения дисциплины
Состояние биологического объекта описывается комплексом медико-биологических показателей, являющихся физическими, биохимическими и психологическими параметрами, определяемыми в процессе исследований.
А методом исследования биологического объекта будем считать способ получения информации о качественной и количественной связи свойств объекта с измеряемыми параметрами, характеризующими эти свойства.
Разработка метода исследования включает в себя:
- количественное или качественное описание связи свойства биосистемы (медико-биологического показателя) с измеряемым физическим параметром;
- разработку алгоритмов проведения измерения и обработки полученной информации;
- выбор технических средств для проведения исследований.
Т.о. реализация метода исследования представляет собой биотехническую систему, состоящую из биологического объекта, исследователя и аппаратной части, выполняющую единую целевую функцию – измерение медико-биологических параметров.
С прогрессом науки и техники совершенствуются и появляются новые технические средства и методические приемы, обеспечивающие более точную и объективную информацию о предмете исследования, развивая и пополняя тем самым систему методов медико-биологических исследований (МБИ).
МБИ проводятся при тесном сплетении и взаимодействии самых различных разделов естественных наук, прежде всего:
– химии (органической и неорганической),
– физики (таких разделов как: оптика, акустика, радиотехника, электроника, гидравлика),
– математики (методов математического моделирования сложных систем и процессов, вычислительных средств и обработки массивов данных, статистики).
Специалист по электронно-медицинской аппаратуре, владеющий методами и аппаратурными средствами МБИ, должен успешно решать задачи разработки и эксплуатации нового медицинского оборудования, в том числе:
– оценивать методические составляющие ошибок медико-биологических измерений,
– использовать средства обработки результатов исследований, учитывая все факторы, сопровождающие процесс исследований.
В результате изучения курса студенты должны:
– знать основные физические методы исследования биологических объектов (БО) и особенности их использования, способы оценки погрешностей, присутствующих в процессе исследований;
– уметь правильно выбрать метод исследований в зависимости от поставленной задачи,
– знать принципы работы основных узлов электронно-медицинской аппаратуры, основные технические характеристики, специфику применения;
– проектировать электронно-медицинскую аппаратуру, уметь формулировать исходные данные к расчету приборов, правильно выбирать методы расчетов;
– уметь синтезировать и обосновывать структурные, функциональные и электрические схемы отдельных узлов и приборов в целом, подбирать элементную базу.
1.2 Взаимодействие исследователя с биологическим объектом и окружающей средой в процессе медико-биологических исследований
Выделим трех главных участников медико-биологических исследований – исследователь (И), биологический объект (БО), окружающая среда (ОС), – и очертим круг задач, решаемых в таком «треугольнике»:
– исследование жизнедеятельности БО с целью получения информации о его состоянии;
– анализ состояния БО на основе полученных данных и прогноз его развития;
– выбор способа управления состоянием БО;
– воздействие на БО с целью коррекции его состояния.
Предполагается, что жизнедеятельность биологических объектов может исследоваться на всех уровнях: молекулярно-клеточном, органном, организменном и многоорганизменном.
Взаимодействие И-БО-ОС на различных стадиях исследований можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 1.1.
Здесь прямоугольниками изображены технические средства со следующими функциональными предназначениями:
ЗФ – замена функций отдельных органов или систем,
Д – диагностические исследования,
В – воздействие,
НС – нормализация состояния,
АИ – автоматизация исследований,
УС – управление средой
Рис. 1.1 Взаимодействие участников медико-биологических исследований И-БО-ОС.
Исследования необходимо вести с учетом того, что вокруг и внутри БО при его жизнедеятельности всегда имеются физические поля, несущие важную информацию о состоянии БО, а их пространственно-временные распределения взаимодействуют с телами и полями окружающей среды ОС.
Следует отметить, что границы ОС для биологического объекта БО зависят от условий проведения исследований. Если для проведения исследований важно постоянство давления и контроль других параметров (влажность, температура, газовый состав, компоненты электрических и магнитных полей, а также естественной радиации), то в качестве ОС может быть внутренний объем барокамеры. Внешней границей ОС здесь является внешняя оболочка барокамеры. Примером такой системы может являться камера гипербарической оксигенации (постоянство давления и газового состава). В то время как при проведении экспериментов в лабораторном помещении, в котором обеспечивается постоянство и контроль некоторых из перечисленных параметров (влажность, температура, газовый состав), но не контролируемыми остаются другие важные для исследований параметры (электрическое и магнитное поле Земли, солнечная радиация), – внешняя граница ОС отодвигается за пределы Земли.